采用MPC-MTPA的新能源车永磁同步电机控制研究

针对传统永磁同步电机控制器结构复杂,负载突变时动态响应速度慢,导致电机抗干扰能力差、工作效率低的问题,提出了一种模型预测控制(model predictive control,MPC)融合最大转矩比控制(maximum torque per ampere,MTPA)的电机非级联控制方法。构建MPC和MTPA控制器,利用MPC中的代价函数同时完成转矩控制和MTPA控制,在代价函数中引入动态分配的权重系数优化非级联MPC-MTPA控制器。仿真和试验结果表明:相比传统电机控制方法,提出的变权重系数非级联MPC-MTPA控制方法的稳定性提高约26%,动态响应特性提高约50%。

考虑逆变器非理想特性的永磁电机MTPA控制策略

最大转矩电流比(MTPA)控制可以降低铜损,进而有效提高电机效率,适用于空调永磁压缩机系统,但受逆变器非理想特性的影响,最优电流矢量角追踪精度存在下降问题。研究逆变器非理想特性对虚拟直流信号注入MTPA方法的负面影响并给出补偿方法。针对控制系统数字延迟问题,根据系统采样时间对电流矢量角追踪过程中的电压信息进行校正;此外,采用基于饱和函数的死区补偿方法,降低逆变器非线性引起的电压误差。实验结果表明,所研究的逆变器非理想特性补偿方法提高了最优电流矢量角追踪的准确性。

考虑位置观测误差的永磁同步电机无传感器驱动系统MTPA控制策略

最大转矩电流比(MTPA)控制是提升永磁同步电机无传感器驱动系统效率的重要手段之一。在无传感器驱动系统中,传统计算法根据公式推导最优电流矢量角解析解,无法计及位置观测误差变化的特性,而注入虚拟信号寻优方法受位置观测误差影响精度降低。为解决该问题,提出一种考虑位置观测误差的MTPA方法。所提方法通过比较上述两种方法在无传感器驱动系统中对最优电流矢量角不同的追踪结果估计位置观测误差,利用估计的位置误差对电机数学模型进行校正以实现最优电流矢量角高精度追踪。最后,在2.2kW内置式永磁同步电机实验平台验证了所提方法的有效性。

车用IPMSM二自由度MTPA控制研究

为提高车用内置式永磁同步电机驱动系统的速度响应能力和抗干扰性,提出在最大转矩比电流控制下,采用基于误差判断的反馈补偿型二自由度最大转矩比电流控制策略。通过对电机的数学模型进行分析,结合空间矢量脉宽调制技术,实现最大转矩比电流控制;构建传统PI控制系统和二自由度(two degree of freedom,2DOF)最大转矩比电流(maximum torque per ampere,MTPA)控制系统进行对比仿真分析。通过MATLAB/Simulink平台系统仿真分析,使用基于误差判断的反馈补偿型2DOF调节可使转速响应超调量控制在0.5%以内,响应时间缩短70%~80%。验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于自适应参数辨识的PMSM精确模型MTPA控制

为了减小参数变化对永磁同步电机(PMSM)最大转矩电流比(MTPA)控制策略的影响,结合优化的电机模型,提出了一种在线参数辨识的方法。考虑磁路饱和及铁耗对电感参数的影响,对传统的电机模型进行优化,建立了电机运行参数的精确模型;同时将其作为参考模型,结合模型参考自适应算法进行电感参数辨识,从而实现在线MTPA控制。仿真与实验结果表明,该方法能够实现电感参数的高精度在线辨识,达到实时更新和跟踪MTPA轨迹的目的,提高了系统的鲁棒性和动态响应速度。

基于永磁同步电机参数新型辨识算法的MTPA控制方法

为解决内置式永磁同步电机参数辨识存在的欠秩问题,减小电机参数对内置永磁同步电机最大转矩电流比(MTPA)控制策略的影响,对电机参数进行了在线辨识,通过不同工况的实验获取定子电阻与温度,永磁体磁链与温度、交直轴电流的关系表达式,进行实验标定。根据精确的定子电阻值与永磁体磁链值,利用递推最小二乘法对交直轴电感进行了在线满秩辨识。搭建永磁同步电机MTPA控制系统实验平台,测试了系统的动静态性能。实验结果表明:系统转矩与转速控制精度高,控制器效率高,各个波形的动静态性能良好,具有较强的鲁棒性。

基于联合仿真的电励磁同步电机线性自抗扰控制

针对电励磁同步电机(EESM)在车用电机控制方向的研究,通过Maxwell设计EESM有限元模型,基于Simulink搭建电机控制系统模型。然后,根据凸极EESM的电机特性和电磁转矩分析,在控制系统中采用最大转矩电流比(MTPA)矢量控制方式在Simulink-Maxwell进行EESM控制系统的联合仿真验证。同时,控制系统电流环应用线性自抗扰控制(LADRC),基于电机已知参数在LADRC中设计模型辅助—扩张状态观测器(MA-LESO),以观测和消除系统扰动变量。仿真实验表明,采用MTPA矢量控制的电机在带载时转速波动降低,带载能力增强;在电流环中采用MA-LESO的LADRC控制器能使电机转速在稳态时波动更小,在带载时的抗干扰性能更强,电机运行过程相对稳定;电机负载转矩和定子电流在空载、负载时的波形更稳定,显著提升了电机运行性能。

考虑磁饱和的感应电机MTPA转矩控制

感应电机的最大转矩电流比(MTPA)控制算法根据需求转矩调节磁链幅值,以达到转矩与定子电流比值的最大化。因磁链随转矩的变化而变化,不再像传统控制算法保持磁场幅值恒定,磁场非线性饱和效应会对控制系统产生影响。针对此问题,该文提出考虑磁饱和特性的MTPA转矩控制系统。根据需求转矩以及饱和模型,通过线性搜索寻找最优磁链目标值,并在计算励磁电流时考虑d轴转子电流的动态特性,用降阶观测器观测转子磁链,并在设计滑模磁链控制器以及反步法设计转矩控制器时考虑观测误差,以确保控制器参数的设置能达到全局稳定。仿真和实验结果证明了所设计控制器的有效性。

考虑参数不确定的永磁同步电机MTPA控制综述

内嵌式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制方法充分利用磁阻转矩,降低电枢电流,提升系统效率,成为现代电机驱动控制的重要发展方向。在实际运行过程中,电机参数不确定导致MTPA控制偏离最优解,因此提高MTPA控制的鲁棒性和实用性具有重要意义。该文着重介绍了考虑参数不确定的多种MTPA控制方法,归纳和总结了相关方法的关键技术和研究成果。重点阐述了高频信号注入法的理论核心,探讨了由信号注入法演化而来的其他方法的性能优势和应用局限,并提出一种改进的MTPA控制方案。最后,针对考虑参数不确定的内嵌式永磁同步电机MTPA控制方法目前亟需解决的问题和发展趋势进行分析和展望。

采用VSIC-MTPA的五相内嵌式永磁容错电机短路容错控制

五相内嵌式永磁容错电机(five-phase interior permanent magnet fault-tolerant motor,IPMFTM)发生短路故障后,现有id=0容错控制策略不能利用电机内的磁阻转矩,无法维持容错运行的高转矩输出能力。为此,该文提出一种基于虚拟信号注入最大转矩电流比(virtual signal injection control-maximum torque per ampere,VSIC-MTPA)的短路容错控制。首先根据故障前后基波磁动势不变原则推导出基波降阶矩阵,构建故障下基波解耦模型;其次采用短路相电流与其反电势的关系求取抑制短路电流负面影响的补偿电压;最后通过注入虚拟高频信号获取容错控制下的MTPA因子,使电机运行于最大转矩点。通过实测20槽/14极IPMFTM故障运行下的动、静态特性,验证理论分析的正确性和可行性。

MTPA控制的直接转矩控制系统研究

为提高凸极式永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)运行效率,提出了一种基于最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)控制的直接转矩控制系统新方案.详细论述了将MTPA应用于PMSM直接转矩控制(Direct TorqueControl,DTC)中的理论推导及其工程简化计算方法.利用矢量图分析了常规的DTC和MT-PA控制的DTC.通过仿真对这两种DTC进行了稳态和动态性能对比分析,证明了新方案不但具有常规DTC优良的动态性能外,在输出相同转矩的条件下,新方案所需的定子电流更小,从而有效提高了系统的稳态运行效率,特别是在电机重载的情况下尤其有效.

基于MTPA的内置式永磁同步电机转矩预测控制

针对采用矢量控制方法的内置式永磁同步电机(IPMSM)存在解耦复杂、附加优化目标难以融入系统控制等问题,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的IPMSM转矩预测控制方法。在推导MTPA控制原理的基础上,分析了转矩预测的控制机理及性能指标函数。22 k W试验样机的仿真与试验结果表明,系统稳态及全局加减负载条件下调速性能良好、转矩动态响应迅速。该方法在重载条件下定子电流利用率显著提高,满足电动车辆驱动控制系统的性能和效率指标要求。

新型空间矢量信号注入MTPA控制策略

为了优化内置式永磁同步电机(IPMSM)驱动控制性能,提出了一种基于空间矢量信号注入的新型最大转矩电流比(MTPA)控制策略。新控制方案中,将高频信号直接注入到空间矢量中,然后通过定子磁链幅值和定子电流幅值的变化分析跟踪MTPA点。由于高频信号被注入到电压空间矢量中,故不需要根据速度闭环和电流闭环的带宽来选择注入信号的频率。新控制方案能够准确地跟踪MTPA点,与电机参数无关,具有较好的鲁棒性。最后,在IPMSM驱动试验平台上进行了若干试验,试验结果验证了新控制策略的效果。

永磁同步电机虚拟信号注入MTPA控制方法

提出了一种虚拟信号注入(VSIC)来实现最大转矩电流比(MTPA)的方法。该方法通过在反馈电流信号中叠加小幅值的高频正弦分量,并以泰勒级数展开的方式分析出电磁转矩与电流矢量角之间的内在联系,进而配置合理的低通、带通滤波器截止频率,即可提取出MTPA电流对应的角度信息。整个过程无需任何永磁同步电机(PMSM)参数,同时有效避免了传统高频信号注入方法存在的转矩脉动、高频噪音、附加损耗等弊端。基于25 kW的双PMSM对拖平台完成系统样机实验,验证了VSIC效率优化方法的可行性和高效性。

基于虚拟信号注入的MTPA控制稳态误差分析

基于虚拟信号注入的内置式永磁同步电动机最大转矩电流比控制中,采用的算法仍包含了定子电阻和d轴电感。当参数与电机实际值出现偏差时,就会导致MTPA控制角产生误差。根据虚拟信号注入法的基本原理,推导出由参数偏差引起的MTPA误差角表达式,对定子电阻和d轴电感偏差引起的MTPA误差角进行了理论分析和仿真研究。结果表明,在运行转速不是很低的情况下,由电阻偏差引起的误差角不大,d轴电感偏差是产生MTPA误差角的主要原因。

基于最小电流搜索算法的铁氧体伺服电机MTPA控制

针对铁氧体永磁辅助式磁阻同步伺服电机的参数特点,提出一种基于最小电流搜索算法的动态最大转矩电流比控制策略。在电机稳态运行时通过对d轴电流的在线调整,根据电流最小原则,寻找最优的电流矢量。该算法能有效避免电机参数变化对控制系统的影响,并实现系统效率优化。为了提高系统仿真的精确度,采用场路联合仿真的方法对系统进行了仿真研究,仿真和现场实验结果表明,该方法可有效提高伺服电机驱动系统的抗转矩扰动能力和系统的鲁棒性以及效率。

基于多目标FCS-MPC的永磁同步发电机MTPA控制

永磁同步发电机系统常用控制策略是电压外环和电流内环的双闭环矢量控制,在实际PI控制中,控制效果对系统参数的依赖度较高,且不同工况下最优PI参数不同,因此在变工况控制情况下控制效果不佳。课题组针对永磁同步发电机的最大转矩电流比(MTPA)控制,提出了一种基于多目标有限集模型预测控制(FCS-MPC)的MTPA控制方法,在FCS-MPC基础上,通过多目标优化建立代价函数,实现转矩参考值跟踪、MTPA优化控制和最大电流约束,可以代替传统的基于双闭环的矢量控制及电流模型预测控制,具有较强的鲁棒性和良好的动静态性能。通过MATLAB/Simulink仿真分析及基于STM32F407IGT6的硬件系统的实验对比,验证了方法的可行性,有效实现了永磁同步发电机的MTPA控制。

自寻优最大转矩电流比矢量控制连载之一:同步电动机动态寻优MTPA控制技术综述

最大转矩电流比(MTPA)控制在给定转矩下实现电流最小化,可以有效减小铜耗,提升电机效率。传统的公式法根据同步电机数学模型推得满足MTPA的电流矢量相位角解析解,难以计及电机参数非线性变化的特性,存在固有误差。为实现高精度MTPA控制,将电机参数非线性变化纳入考量。系统介绍了考虑参数非线性变化的多种MTPA控制方法的工作原理,从控制性能、算法复杂程度、计算量等方面归纳总结了不同方法的优劣。

基于新型双滑模结构的永磁同步电机控制策略

针对传统永磁同步电机无感矢量控制系统中存在转速超调、强抖振以及鲁棒性差等问题,在位置环提出了一种以边界层可变的分段函数作为切换函数的新型全阶滑模观测器(NFSMO)并引入模糊控制模块实现对新切换函数边界层的自适应调节,使系统的高频抖振问题得到有效削弱以及提高了转子位置的观测精度;在速度环提出了一种新型趋近律与改进型扩展状态观测器(IESO)相组合的新型速度滑模抗扰动控制器(NSMDC),结合最大转矩电流比(MTPA)拟合模块能够有效降低扰动误差对系统造成的影响,提高系统的稳态性能。仿真结果表明:与传统方法相比,新型双滑模控制方法不仅能够有效改善系统的滑模抖振,且具有更优的抗干扰性和稳定性。

考虑电机参数偏导项的同步磁阻电机虚拟信号注入MTPA控制

同步磁阻电机(synchronous reluctance motors,SynRMs)参数随d轴和q轴电流变化而变化。这导致传统忽略电机参数对电流角偏导项的同步磁阻电机最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制存在很大误差并导致转矩下降。针对这一问题,该文分析导致同步磁阻电机MTPA控制误差的因素,提出适用于同步磁阻电机的电机参数偏导项在线观测方法。利用在线观测的电机参数偏导项结合虚拟信号注入方法实现同步磁阻电机高精度最大转矩电流比控制。实验结果显示,所提出的方法可以实现较为准确的同步磁阻电机在线MTPA控制。